Что такое геометрическая нейтраль генератора

Реакция якоря в машинах постоянного тока

Магнитный поток в машине постоянного тока создается всеми ее обмотками, по которым протекает ток. В режиме холостого хода по обмотке якоря генератора ток не протекает, а по обмотке якоря двигателя протекает ток холостого хода, небольшой по значению. Поэтому в машине существует только основной магнитный поток Ф0, создаваемый обмоткой возбуждения полюсов и симметричный относительно их осевой линии (рис. 1, а).

На рис. 1, а (коллектор не показан) щетки расположены рядом с проводниками обмотки якоря, от которых идут отпайки к тем коллекторным пластинам, с которыми в данный момент соединены щетки. Такое положение щеток называется положением на геометрической нейтрали, т. е. на линии, проходящей через центр якоря и проводники обмотки, в которых индуцируемая основным магнитным потоком э. д. с. равна нулю. Геометрическая нейтраль перпендикулярна осевой линии полюсов.

Когда к обмотке якоря генератора присоединена нагрузка Rn или когда на вал двигателя действует тормозной момент, по обмотке протекает ток якоря 1Я, который создает магнитный поток якоря Фя (рис. 1, б). Магнитный поток якоря направлен по линии, на которой расположены щетки. Если щетки расположены на геометрической нейтрали, то поток якоря направлен перпендикулярно основному магнитному потоку и поэтому называется поперечным магнитным потоком.

Рис. 1. Магнитные потоки в машине постоянного тока: а — магнитный поток полюсов; б — магнитный поток обмотки якоря; в — результирующий магнитный поток

Влияние магнитного потока якоря на основной магнитный поток называется реакцией якоря. В генераторе постоянного тока под «сбегающим» краем полюса магнитные потоки складываются, под «набегающим» — вычитаются. У двигателя — наоборот. Таким образом под одним краем полюса результирующий магнитный поток Ф увеличивается по сравнению с основным магнитным потоком, под другим краем полюса — уменьшается. В результате он становится несимметричным по отношению к осевой линии полюсов (рис. 1, в).

Физическая нейтраль — линия, проходящая через центр якоря и проводники обмотки якоря, в которых индуцируемая результирующим магнитным потоком э. д. с. равна нулю, поворачивается на угол а по отношению к геометрической нейтрали (в сторону опережения у генераторов, в сторону отставания — у двигателей). При холостом ходе физическая нейтраль совпадает с геометрической.

В результате реакции якоря магнитная индукция в зазоре машины становится еще более неравномерной. В проводниках якоря, находящихся в точках повышенной магнитной индукции, индуцируется большая э. д. с, что приводит к увеличению разности потенциалов между соседними пластинами коллектора и к возникновению искрения на коллекторе. Иногда электрическая дуга перекрывает весь коллектор, образуя «круговой огонь».

Кроме того, реакция якоря приводит к уменьшению э. д. с. якоря, если машина работает в области, близкой к насыщению. Это связано с тем, что когда основной магнитный поток Ф0 создает насыщенное состояние магнитопровода, то увеличение магнитного потока на +ΔФ под одним краем полюса будет меньшим, чем уменьшение на —ΔФ под другим (рис. 2). Это приводит к уменьшению суммарного потока полюса и э. д. с. якоря, так как

Отрицательное влияние реакции якоря можно уменьшить, сдвигая щетки на физическую нейтраль. При этом поток якоря поворачивается на угол α и встречный поток под набегающим краем полюса генератора уменьшается. Сдвиг щеток осуществляют у генератора по направлению вращения якоря, а у двигателя — против направления вращения якоря. Угол α меняется с изменением тока якоря Iя. На практике щетки обычно устанавливают на угол, соответствующий средней нагрузке.

В машинах средней и большой мощностей применяют компенсационную обмотку, расположенную в пазах главных полюсов и включаемую последовательно с обмоткой якоря так, чтобы ее магнитный поток Фк был противоположен магнитному потоку Фя. Если при этом Фк = Фя, то магнитный поток в воздушном зазоре из-за реакции якоря практически не искажается.

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Подписывайтесь на наш канал в Telegram!

Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

26. Физическая и геометрическая нейтрали машин постоянного тока.

Геометрическая нейтраль п — п — линия, перпендикулярная оси полюсов и разделяющая на дуге якоря области северного и южного полюсов, совпадает в этих условиях с физической нейтралью — линией, проходящей через точки окружности якоря, где магнитная индукция равна нулю. Щетки, условно показанные опирающимися на якорь ( хотя фактически они установлены на коллекторе), находятся на геометрической нейтрали.

27. Применение дополнительных полюсов.

Наладка коммутации методом подпитки дополнительных полюсов. Ввиду сложности теоретического анализа коммутационных процессов окончательная настройка коммутации МПТ осуществляется экспериментально, по данным визуального контроля степени искрения. Схема испытательной установки (рис. 2.9 – а) помимо испытуемой машины М1 с основной обмоткой возбуждения ОВ1 и обмоткой дополнительных полюсов ОДП включает в себя вспомогательный ГПТ М2 с регулируемым токов возбуждения, обмотка якоря которого подключается параллельно ОДП, и измерительные приборы.

Рисунок 2.9 — Схема испытательной установки (а) и кривые подпитки дополнительных полюсов МПТ (б – д)

Ток в обмотке дополнительных полюсов регулируется путем изменения тока возбуждения генератора, и равен алгебраической сумме тока якоря и тока подпитки: . Методика испытаний заключается в следующем.

В режиме холостого хода М1 устанавливаются токи подпитки ±ΔI, при которых наблюдается допустимая степень искрения.

М1 последовательно нагружается, а токи ±ΔI регулируются таким образом, чтобы степень искрения оставалась неизменной.

Снимаются кривые подпитки ±ΔI = f(I_a), по которым судят об условиях коммутации.

Если при любых значениях тока якоря при неизменной степени искрения соблюдается равенство: (рис. 2.9 – б), МДС добавочных полюсов обеспечивает нормальную коммутацию.

Характеристики, показанные на рис. 2.9 – в указывают на недостаточную величину МДС добавочных полюсов, а характеристики на рис. 2.9 – г – на их насыщение.

Если кривые подпитки имеют вид, показанный на рис. 2.9 – д, МДС дополнительных полюсов избыточна.

28. Машины постоянного тока в режиме генератора.

Свойством обратимости, т.е. может работать в режиме генератора или двигателя. Если к зажимам приведенного во вращение якоря генератора присоединить сопротивление нагрузки, то под действием ЭДС якорной обмотки в цепи возникает ток

где U — напряжение на зажимах генератора; R_я — сопротивление обмотки якоря.

(11.2)

Уравнение (11.2) называется основным уравнением генератора. С появлением тока в проводниках обмотки возникнут электромагнитные силы. На рис. 11.5 схематично изображен генератор постоянного тока, показаны направления токов в проводниках якорной обмотки.

Воспользовавшись правилом левой руки,

видим, что электромагнитные силы создают электромагнитный момент М_эм, препятствующий вращению якоря генератора. Чтобы машина работала в качестве генератора, необходимо первичным двигателем вращать ее якорь, преодолевая тормозной электромагнитный момент.

Тут вы можете оставить комментарий к выбранному абзацу или сообщить об ошибке.

Что такое геометрическая нейтраль генератора

§ 2.3. РЕАКЦИЯ ЯКОРЯ

Поле машины при холостом ходе. При холостом ходе (I_а = 0) магнитный поток машины создается м. д. с. возбуждения. Направление потока в якоре на рис. 2.17, а показано стрелкой. Поток жестко связан с полюсами и направлен по оси полюсов, независимо ни от скорости вращения якоря, ни от положения щеток. На рис. 2.3,а представлено распределение индукции В потока полюсов в воздушном зазоре, кривая 1 на рис. 2.18, в повторяет это распределение.

Точки, в которых кривая распределения индукции проходит через нуль, определяют положение так называемой нейтрали. Кривая 1 индукции B_ох, обусловленной потоком, создаваемым полюсами, проходит через нуль в точке г (рис. 2.18, в), которая находится посередине между полюсами. Определяемая этой точкой нейтраль гг’ (рис. 2.17, б) называется геометрической, ее положение связано с геометрией машины и не изменяется при работе.

Расположение щеток на геометрической нейтрали в генераторном режиме. При вращении якоря в активных проводниках обмотки

Рис. 2.17. Реакция якоря при положении щеток на геометрической нейтрали: а — направление потока полюсов; б — направление потока реакции якоря; в — направление потока машины при нагрузке (гг’ — геометрическая нейтраль, фф’ — физическая нейтраль)

индуктируется э. д. с. Если щетки замкнуты на нагрузочное сопротивление, то по обмотке якоря проходит ток, направление которого в проводниках (рис. 2.17, б) совпадает с направлением индуктируемых в них э. д. с. Такой режим работы называется генераторным. Определяя направление линий магнитной индукции, видим, что поток, вызываемый м. д. с. якоря, направлен по оси щеток (поле якоря напоминает поле электромагнита с осью, совпадающей с линией щеток). Если щетки расположены на геометрической нейтрали, то ось потока якоря сдвинута на 90° относительно оси полюсов. Такой поток называют поперечным.

* Во многих случаях в литературе также применяется термин «намагничивающая сила».

2.18, а). При дальнейшем увеличении х м. д. с. убывает и под серединой полюса проходит через нуль, а затем меняет знак. Приближенно можно считать, что м. д. с. F_ax изменяется по закону прямой линии (рис. 2.18, б). Если бы воздушный зазор был равномерным, то кривая 2 индукции В_ах поля якоря (рис. 2.18, б) повторяла бы в соответствующем масштабе кривую м. д. с. F_ax (рис. 2.18, б) и имела бы вид треугольника с вершиной на оси щеток. Вследствие того что воздушный зазор между полюсами значительно больше, чем под полюсом, кривая индукции В_ах имеет между полюсами провал;

Если машина возбуждается постоянными магнитами, то путь потока поперечной реакции якоря имеет большое сопротивление, так как магнитная проницаемость постоянных магнитов мала. Поэтому поток поперечной реакции якоря в машинах с постоянными магнитами незначителен и его обычно не учитывают. В машинах с электромагнитным возбуждением поток поперечной реакции якоря может достигать большой величины.

Рис. 2.18. Реакция якоря при положении щеток на геометрической нейтрали: а — развернутый якорь с равномерно распределенным слоем проводников; б — м.д.с. реакции якоря; в — распределение индукции в воздушном зазоре

При прохождении тока по обмотке якоря поток машины создается м. д. с, которая складывается из м. д. с. обмоток возбуждения и якоря. Воздействие магнитодвижущей силы якоря на поле машины называется реакцией якоря.

Для получения общей картины поля при нагрузке пользуются методом наложения полей обмотки возбуждения и реакции якоря. На рис. 2.17, в линии магнитной индукции изображают поток машины при нагрузке, а на рис. 2.18, в кривая 3 показывает распределение индукции В_ôx в воздушном зазоре. Из сравнения распределения потока и индукции В_ôx при холостом ходе и при нагрузке следует, что при нагрузке поток машины и нейтраль смещаются относительно оси полюсов в сторону вращения якоря. При этом индукция под набегающим краем полюсного наконечника уменьшается, а под сбегающим — увеличивается. Смещенная при нагрузке машины нейтраль называется физической. С изменением нагрузки ее положение меняется. Новое положение нейтрали фф’ (рис. 2.17, в) определяется на рис. 2.18, в точкой ф.

Если сталь полюсов не насыщена, то уменьшение потока под набегающим краем компенсируется увеличением его под сбегающим краем полюсного наконечника. При насыщении стали такой компенсации нет, в результате чего поток машины уменьшается. Размагничивающее действие поперечной реакции якоря объясняется тем, что на набегающем крае сталь полюсного наконечника обычно не насыщена, и здесь имеет место значительное уменьшение потока, а на сбегающем крае сталь насыщена, поэтому здесь наблюдается лишь незначительное увеличение потока. В результате общий

Рис. 2.19. Реакция якоря при сдвиге щеток с геометрической нейтрали: а — распределение тока в обмотке якоря; б — витки обмотки, создающие поперечную реакцию якоря; в — витки обмотки, создающие продольную реакцию якоря

поток машины под полюсом существенно уменьшается, и для его поддержания при нагрузке необходимо увеличивать ток возбуждения.

Сдвиг щеток в генераторном режиме. При сдвиге щеток токораспределение обмотки якоря меняется и направление м. д. с. якоря совпадает с новым положением оси щеток. Сравнивая распределение тока в якоре при щетках, расположенных на геометрической нейтрали (см. рис. 2.17, в) и в случае их сдвига (рис. 2.19, а) видим, что направление тока в проводниках обмотки, расположенных по соответствующей сдвигу дуге в изменяется на обратное. Следует иметь в виду, что расстояние между осями двух одноименных полюсов соответствует 360 эл. град. Поэтому в случае многополюсной машины угол α_э, соответствующий электрическим градусам, в р раз больше угла αа_г, выраженного в геометрических градусах, т. е. α_ээ = рα_эГ. Положение щеток при сдвиге на 90 эл. град (что соответствует сдвигу на половину полюсного деления τ) называется продольным (рис. 2.20).

Распределение тока в обмотке якоря при продольном положении щеток можно получить и при неподвижном якоре, если к щеткам подвести напряжение от внешнего источника питания. При

Рис. 2.20. Реакция якоря при продольном положении щеток: а — размагничивающая; б — намагничивающая

продольном положении щеток максимальное значение F_ad м. д. с. реакции якоря F_ax располагается по оси полюсов (рис. 2.21). Определяя направление потока, создаваемого током якоря, видим, что при сдвиге щеток на 90 эл. град в сторону вращения генератора (рис. 2.20, а) поток реакции якоря направлен встречно потоку полюсов и размагничивает машину. Такая реакция якоря называется продольно-размагничивающей. При сдвиге щеток в сторону, обратную вращению генератора (рис. 2.20, б), поток якоря усиливает поток полюсов машины. Такая реакция называется продольно-намагничивающей.

Заметим, что поскольку физическая нейтраль при нагрузке машины в генераторном режиме сдвигается по вращению, то для уменьшения искрения коллектора, надо сдвинуть щетки в сторону вращения. В этом случае поток реакции якоря размагничивает машину. При сдвиге щеток в обратном направлении возникло бы сильное искрение.

В реальных случаях щетки сдвигают на угол меньше 90 эл. град. При этом для удобства анализа действительное распределение тока якоря условно заменяют двумя системами тока. Токи проводников обмотки якоря, расположенных по дуге τ — 2в (рис. 2.19, б), образуют систему, создающую поперечную реакцию якоря. Токи проводников обмотки якоря, расположенных по дуге 2в (рис. 2.19, в), образуют систему, создающую продольную реакцию якоря. Таким образом, при сдвиге щеток м. д. с. реакции якоря имеет две составляющие: поперечную и продольную. В результате действия поперечной составляющей реакции якоря поток машины смещается в сторону вращения (при наличии насыщения поток уменьшается). В результате действия продольной составляющей изменяется величина потока. Поэтому при сдвиге щеток в сто.

Рис. 2.21. Распределение м. д. с. продольно размагничивающей реакции якоря

рону вращения поток генератора уменьшается, что приводит к уменьшению э. д. с. Чтобы сохранить величину э. д. с, необходимо увеличить ток возбуждения.

Двигательный режим. В двигательном режиме э. д. с. обмотки якоря направлена встречно по отношению к подведенному напряжению сети. При этом напряжение всегда больше, чем э. д. с. В результате ток в якоре двигателя направлен встречно по отношению к э. д. с, т. е. он имеет обратное направление по отношению к тому, какое имел в генераторном режиме. Поэтому действие реакции якоря машины постоянного тока в двигательном режиме противоположно тому, какое имело место в генераторном. Таким образом, поперечная реакция якоря, возникающая при положении щеток на геометрической нейтрали, смещает поток машины и нейтраль в сторону, обратную вращению. При этом индукция под набегающим краем полюсного наконечника увеличивается, а под сбегающим — уменьшается.

При сдвиге щеток с геометрической нейтрали, помимо поперечной, имеет место также продольная реакция якоря. При сдвиге щеток в сторону, обратную вращению якоря, возникает продольно-размагничивающая, а при сдвиге в сторону вращения — продольно-намагничивающая реакция якоря.

У микродвигателей щетки закрепляют на геометрической нейтрали, поэтому продольная реакция якоря у них отсутствует. Для микродвигателей характерно большое размагничивающее действие поперечной реакции якоря.

1. В каких случаях возникает только поперечная и только продольная реакции якоря? Как изменяется поперечная реакция якоря при сдвиге щеток?

2. В каких случаях возникают продольно-размагничивающая и в каких продольно-намагничивающая реакция якоря? Какой вид продольной реакции якоря возникает при сдвиге щеток (для уменьшения искрения) с геометрической нейтрали в физическую в генераторном и двигательном режимах? При каком режиме физическая нейтраль совпадает с геометрической?

Что такое геометрическая нейтраль генератора

Kак определить положение геометрической нейтрали машины постоянного тока?

Для правильной установки щеток машин постоянного тока необходимо определить положение геометрической нейтрали.

Определение геометрической нейтрали может быть произведено методом наибольшего напряжения, индуктивным методом и методом двигателя.

При определении нейтрали методом наибольшего напряжения генератор с независимым возбуждением вращают вхолостую с постоянной частотой вращения и током возбуждения. Щетки передвигают по коллектору до тех пор, пока вольтметр, присоединенный к зажимам якоря, не даст максимального отклонения. Такое положение щеток соответствует геометрической нейтрали.

При индуктивном методе машина остается неподвижной и возбуждение подается от постороннего источника постоянного тока. К зажимам якоря подключают чувствительный вольтметр. Щетки передвигают до тех пор, пока внезапное замыкание или размыкание цепи возбуждения не перестает вызывать отклонения стрелки вольтметра. Это положение щеток будет соответствовать положению геометрической нейтрали.

При размыкании обмотки возбуждения в ней могут возникнуть большие перенапряжения. Поэтому ток в обмотке возбуждения необходимо устанавливать небольшим или зашунтировать обмотку возбуждения сопротивлением.

При определении нейтрали методом двигателя находят такое положение щеток, при котором частота вращения двигателя в обе стороны будет одинаковой. Опыт проводят под нагрузкой, при которой ток якоря равен половине номинального. Изменение направления вращения производят изменением полярности зажимов обмотки якоря.

Какие бывают электрические нагреватели?

Косвенный электронагрев сопротивлением применяют для нагрева и термообработки проводящих, непроводящих, твердых, жидких материалов в области температур до 1500°С. Основным элементом электротермической установки сопротивления служит электрический нагреватель — тепловыделяющий источник, преобразующий электрическую энергию в тепловую. Нагреватель представляет собой высокоомное сопротивление — нагревательный элемент, оборудованный вспомогательными устройствами для подвода тока, электроизоляции, защиты от механических повреждений, крепления. Нагревательные элементы выполняют из металлических и неметаллических материалов в виде проволочных спиралей, ленточных зигзагов, стержней, трубок, пленок на изолирующих подложках.

Электронагреватели сопротивления классифицируются по исполнению (открытые, закрытые, герметические); материалу нагревательных элементов (металлические, полупроводниковые, неметаллические); конструктивному исполнению (проволочные, ленточные, стержневые, пленочные);

рабочей температуре (низкотемпературные, средне температурные, высокотемпературные) и другим признакам.

Открытые нагреватели (рис. 8, а, б) просты по устройству, имеют хорошие условия для теплопередачи, ремонтоспособны. Их недостаток — повышенная электрическая опасность, низкий срок службы. Они применяются главным образом в высокотемпературных установках с теплоотдачей пре имущественно излучением (термоизлучатели, электрические печи).

Закрытые нагреватели (рис. 8, в) размещают в корпусе, предохраняющем их от механических воздействий и нагреваемой среды. Герметические нагреватели защищены от внешних воздействий, в том числе от доступа воздуха.

Рис. 8. Электрические нагреватели:

а — спираль; б — лента; в — нагреватель в корпусе; 1 — металлический кожух; 2 — нагревательный провод; 3 — изолятор; d — диаметр провода; h — шаг спирали; D — диаметр спирали; а — толщина ленты, b — ширина ленты

Kак устроены трубчатые электрические нагреватели? Kак их выбрать?

Трубчатые электронагреватели (ТЭНы) по исполнению являются герметическими. Это наиболее распространенные электротермические устройства установок низко- и среднетемпературного нагрева.

Рис. 9. Трубчатый электронагреватель (ТЭН): 1 — оболочка (трубка); 2 — спираль; 3 — контактный стержень; 4 — изолятор (периклаз или кварцевый песок); 5 — мастика; 6 — фарфоровая втулка; 7 — контактная гайка. L — общая длина ТЭНа; Lакт — активная (рабочая) длина t; tк — длина контактного стержня; h — шаг спирали; d — диаметр провода; dcn — диаметр спирали; dcn.наp — диаметр спирали наружный;

dmp. вн — диаметр трубки внутренний; dmp.нар— диаметр трубки наружный

Устройство типового ТЭНа показано на рис.9,а. Он состоит из тонкостенной (0,8—1,2 мм) металлической трубки (оболочки) 7, в которой размещена спираль 2 из проволоки высокого удельного электрического сопротивления. Концы спира ли соединены с контактным стержнем 3, наружные выводы 7 которого служат для подключения нагревателя к питающей сети. Материалом трубки может быть углеродистая сталь марок 10 или 20, если температура поверхности ТЭНа в рабочем режиме не превышает 450°С, и нержавеющая сталь 12Х18Н10Т при более высоких температурах или при работе в агрессивных средах (табл.10). Спираль изолируют от трубки наполнителем 4, имеющим высокие электроизолирующие свойства и хорошо проводящим теплоту. В качестве наполнителя используют периклаз (кристаллическая окись магния). После заполнения наполнителя трубку опрессовывают. Под большим давлением периклаз превращается в монолит, надежно фиксирующий спираль по оси трубки. Спрессованный нагреватель может быть изогнут для придания необходимой формы. Контактные стержни 3 изолируют от трубки изолятором 6, торцы герметизируют влагозащищающим кремнийорганическим лаком (герметиком) 5.

Преимущество ТЭНов — универсальность, надежность и безопасность обслуживания. Их можно использовать при контакте с газообразными и жидкими средами при давлении до 9, 8 • 105 Па. Они не боятся ударов и вибраций, но не являются взрывобезопасными. Рабочая температура поверхности ТЭНов может достигать 800°С, что удовлетворяет большинству бытовых и сельскохозяйственных тепловых процессов и позволяет использовать их в качестве тепловыделяющих источников не только в установках кондуктивного и конвективного нагрева, но и в качестве излучателей в установках лучистого (инфракрасного) нагрева. Вследствие герметизации спиралей срок службы ТЭНов достигает 10 тыс. ч. ТЭНы изготовляют по ГОСТ 13268. Единичная мощность их (15—12)*103 Вт, а в блоке (из двух или трех нагревателей) достигает 24-103 Вт, развернутая длина 185—5280 мм, наружный диаметр трубки 6, 5—8, 0—10—12, 5—16 мм, номинальное напряжение 12, 36, 48, 55, 127, 220 и 380 В, климатическое исполнение УХЛ4 или УХЛЗ по ГОСТ 15150.

Структура условного обозначения ТЭНа: ТЭН -1 23/4567, где 1 — развернутая длина ТЭНа по оболочке L, см (рис. 9); 2 — длина контактного стержня в заделке (изменяется от 40 до 630 мм); 3-номинальный диаметр трубки, мм; 4 — номинальная мощность, кВт; 5 — обозначение нагреваемой среды и материала трубки (табл. 10); 6 — номинальное напряжение. В; 7 — вид климатического исполнения по ГОСТ 15150. Пример: трубчатый электронагреватель ТЭН-120Г13/1Т220УХЛ4 имеет развернутую длину 120 см, длина контактного стержня в заделке (индекс Г) равна 125 мм, диаметр трубки 13 мм, номинальная мощность 1 кВт, предназначен для нагрева воздушной среды со скоростью движения до 1,5 м/с; трубка из стали 12Х18Н10Т, температура поверхности трубки от 450 до 650°С (индекс Т); номинальное напряжение 220 В; вид климатического исполнения УХЛ4 по ГОСТ 15150.

•ТЭНы выпускают разнообразной конструкции, что позволяет встраивать их в самые разные установки, начиная от промышленных печей и до бытовых электронагревательных приборов. Помимо обычного исполнения выпускают одноконцевые ТЭНы патронного типа диаметром от 6,5 до 20 мм, отличающиеся высокой удельной поверхностной мощностью (до 38 • 10^4 Вт/м^2), а также плоские ТЭНы (сечением 5х11 и 6х17 мм) с развитой теп лоотдающей поверхностью. К недостаткам ТЭНов следует отнести высокую металлоемкость и стоимость из-за использования дорогостоящих материалов (нихром, нержавеющая сталь), невысокий срок службы, невозможность ремонта при перегорании спирали.

Таблица 10. Нагреваемые среды, характер нагрева, предельная (удельная) поверхностная мощность, материал оболочки ТЭНа и ее температура

Установка щеточной траверсы относительно нейтрали машины

Установка щеточной траверсы относительно геометрической нейтрали машины, или установка щеток на нейтраль, не входит в перечень часто выполняемых операций. Правильность этой установки чаще всего проверяется по заводской метке, нанесенной на корпус машины при ее изготовлении.

Однако бывают случаи, когда указанная метка отсутствует вследствие повреждений машины или во время предыдущего ремонта были изменены обмоточные данные, и новое положение метки неясно.

В то же время известно, что при смещении щеточной траверсы относительно геометрической нейтрали даже у полностью исправной машины при работе будут наблюдаться внешние признаки дефектов и неисправностей. Поэтому проверка и установка щеточной траверсы машины относительно ее геометрической нейтрали, т. е. линии, проходящей посередине между соседними главными полюсами, имеют важное значение при оценке состояния электрических машин.

При этом необходимо учитывать, что в машинах, снабженных для устранения вредного действия реакции якоря добавочными полюсами или компенсационными обмотками, при правильной установке траверсы щетки находятся действительно на геометрической нейтрали. В машинах, не имеющих указанных полюсов и обмоток, при правильном положении траверсы щетки оказываются несколько смещенными с геометрической нейтрали: для генераторов — по направлению вращения якоря, для двигателей — в противоположную сторону.

На наличие смещения щеточной траверсы указывают такие признаки: при ее сдвиге по направлению вращения якоря напряжение генератора снижается; если сдвиг траверсы против направления вращения, то напряжение генератора повышается, частота вращения электродвигателя возрастает.

Судовые электрические машины постоянного тока обычно выполняются с добавочными полюсами. Для этих машин известны следующие способы установки щеточной траверсы на нейтраль. Индуктивный метод, метод наибольшего напряжения для генераторов, метод измерения частоты вращения для двигателей.

При индуктивном методе, применимом как для генераторов, так и для двигателей, положение щеточной траверсы определяется при неподвижном якоре машины.

При этом методе траверсу предварительно устанавливают в такое положение, при котором линия щеток приходится примерно против середины главных полюсов. К щеткам отсоединенной от сети машины подключают вольтметр магнитоэлектрической системы с нулем по середине шкалы и пределами измерения до 3 . . . 5В.

К отсоединенной от якоря обмотке возбуждения от аккумуляторной батареи через рубильник и реостат подают пониженное напряжение, обеспечивающее ток в обмотке возбуждения, равный 10 . . . 15% номинального. На рис. 1 слева показана схема для двигателя параллельного возбуждения (сплошными линиями показана штатная схема двигателя, пунктирными — элементы схемы настройки).

Быстро замыкая и размыкая рубильник в цепи питания обмотки возбуждения, вызывают появление в якоре индуктированной ЭДС и наблюдают положение стрелки вольтметра.

Проверка и установка щеточной траверсы по схеме, приведенной на рис.1 слева, обеспечивает ориентацию щеток относительно главных полюсов машины. В электрических машинах с добавочными полюсами щетки могут быть ориентированы как относительно главных полюсов, так и относительно добавочных. Для машин с точным размещением главных и добавочных полюсов проверка и установка щеточной траверсы относительно тех или других полюсов из указанных дает одинаковые результаты.

Если же указанные полюсы в какой-то степени смещены относительно друг друга, то положения щеточной траверсы, определенные относительно главных или добавочных полюсов, не совпадают.

Практическое значение данное обстоятельство имеет для электрических машин реверсивных приводов. Реверсирование машины, щеточная траверса которой установлена на нейтраль, определенной относительно главных полюсов, обеспечивает лучшие скоростные характеристики (обеспечивается уменьшение отклонений этих характеристик при реверсе). Реверс этих же машин, но со щеточной траверсой, установленной на нейтраль, которая определена относительно добавочных полюсов, сопровождается отклонением скоростных характеристик. В то же время во втором случае допускаются лучшие условия коммутации. Потому определение нейтрали может зависеть от особенностей привода, для которого предназначен электродвигатель.

Проверка и установка щеточной траверсы относительно добавочных полюсов может выполняться по методу, применяемому для тяговых машин.

Рис. 1 — Схемы установки щеток на нейтраль двигателя

параллельного возбуждения (а) и на нейтраль двухякорной машины (б)

При этом методе на обмотку добавочных полюсов электродвигателя с петлевой обмоткой при неподвижном якоре от сварочного трансформатора или другого источника подают переменное напряжение 30 … 80В. Вольтметром переменного тока, оснащенным щупом, контролируют напряжение между соседними пластинами, коллектора в зоне коммутации. Скачкообразное изменение напряжения между соседними пластинами указывает на подключение щупа к пластинам, соединенным с секциями другой катушки. Затем вольтметр подключают к пластинам коллектора, относящимся к средней секции катушки и, поворачивая якорь, находят такое его положение, при котором вольтметр показывает отсутствие напряжения. В этом положении якоря нейтраль машины проходит точно посередине между указанными пластинами коллектора. Щеточную траверсу поворачивают так, чтобы середина щетки приходилась на паз между этими пластинами. Таким же образом производится установка всех щеткодержателей.

Для двигателей с волновой обмоткой якоря все действия выполняют аналогично, за исключением нахождения пластин коллектора. Измеряя напряжение между соседними пластинами, находят три пластины, между которыми оно имеет одинаковое значение. Пластины, к которым подключают вольтметр, находятся рядом с тремя указанными.

При использовании индуктивного метода для двухякорных машин с общим валом (на судах применяются в гребных электрических установках) применяют схему, приведенную на рис.1 справа. Правильная установка щеточных траверс относительно общей нейтрали таких машин будет иметь место при минимальных показаниях трех вольтметров.

Индуктивный метод применяется и для электромашинных усилителей (ЭМУ). Для этих машин при установке щеточной траверсы вначале удаляют перемычку, соединяющую короткозамкнутые щетки, и включают между этими щетками вольтметр с нулем посередине. В одну из обмоток управления при перемещении якоря подают напряжение от постороннего источника постоянного тока. Далее выполняются действия, как и описанные выше. После нахождения таким образом нейтрали для ЭМУ обычно требуется сместить щетки дополнительно на 1,5 … 2 мм по направлению вращения якоря. Это связано с тем, что при установке щеток на нейтрали, иногда наблюдается, так же как при сдвиге щеток против направления вращения, самовозбуждение и потеря управления ЭМУ.

Метод наибольшего напряжения применяется для генераторов параллельного и смешанного возбуждения, не работающих параллельно, и реализуется в режиме холостого хода этих машин. При этом методе генератор запускают в режим холостого хода и посредством реостата возбуждения доводят напряжение на его зажимах до нормального (напряжение контролируют вольтметром, подключенным к зажимам генератора). При неизменном положении реостата возбуждения смещают в одну и другую сторону щеточную траверсу, наблюдая по вольтметру за изменением напряжения на зажимах генератора. Положение щеточной траверсы, при которой наблюдается наибольшее напряжение, является точным. Данный метод менее точен, чем индуктивный, но для генераторов, не работающих параллельно, обеспечивает приемлемые для практики результаты. Для генераторов, работающих в параллель, даже небольшое смещение траверсы от точного положения может вызвать их перемагничивание, поэтому для этих генераторов метод наибольшего напряжения не рекомендуется.

Методом измерения частоты вращения определяется правильность положения щеточной траверсы электродвигателей. При этом методе, также реализуемом в режиме холостого хода машины, измеряют ее частоту вращения в обоих направлениях при некотором положении щеточной траверсы. Изменение направления вращения обеспечивается переключением параллельной обмотки возбуждения.

Смещением щеточной траверсы в обе стороны добиваются такого положения, при котором частота вращения якоря одинакова для обоих направлений вращения. Это положение траверсы и есть точное.

При установке щеточной траверсы методом наибольшего напряжения или методом измерения частоты вращения следует помнить, что перемещать траверсу можно только после отключения машины от сети и полной остановки якоря.

Наиболее точным и безопасным методом является индуктивный.

Что такое геометрическая нейтраль генератора

ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ ГЕНЕРАТОРА ПОСТОЯННОГО ТОКА ТЕПЛОВОЗА

Принцип действия генератора тепловоза. Нейтраль. Компенсационная обмотка

Выше был рассмотрен электрический генератор, состоящий из постоянных магнитов и одного или нескольких витков, в которых возникает ток. Для практических целей такие генераторы непригодны, так как от них невозможно получить большую мощность. Объясняется это тем, что создаваемый постоянным магнитом магнитный поток очень мал. Кроме того, пространство между полюсами создает для магнитного потока значительное сопротивление. Магнитный поток еще более ослабляется. Поэтому в мощных генераторах, к которым относятся и тепловозные, применяются электромагниты, создающие сильный магнитный поток возбуждения (рис. 136). Для уменьшения магнитного сопротивления магнитопровода генератора витки обмотки размещают на стальном цилиндре, который заполняет почти все пространство между полюсами.

Этот цилиндр с помещенной на нем обмоткой и коллектором называется якорем генератора.

Обмотка возбуждения генератора расположена на сердечниках главных полюсов. При прохождении по ней тока создается магнитное поле, называемое полем главных полюсов. При разомкнутой внешней цепи генератора магнитные силовые линии располагаются в полюсах и якоре симметрично вертикальной оси (рис. 137, а).

Для уяснения особенностей работы электрической машины введем понятия о геометрической и физической нейтралях.

Рис. 136. Схема генератора с электромагнитной системой возбуждения и стальным массивным якорем

Геометрической нейтралью называется линия, проведенная через центр якоря перпендикулярно оси противоположных полюсов (горизонтальная линия O1—Oi). Физическая нейтраль представляет собой условную линию, которая разделяет зоны влияния северного и южного полюсов на обмотку якоря и проходит перпендикулярно направлению магнитного потока электромашины.

В проводнике обмотки, который при вращении якоря проходит физическую нейтраль, э.д.с. не индуктируется, так как такой проводник скользит вдоль магнитных силовых линий, не пересекая их. В случае отсутствия тока в якоре (см. рис. 137, а) физическая нейтраль n — n совпадает с геометрической нейтралью.

При замыкании внешней цепи электрической машины ток пойдет и по обмотке якоря. Весь якорь в этом случае будет представлять собой мощный электромагнит, состоящий из стального сердечника и обмотки, по которой проходит ток. Следовательно,
кроме потока полюсов, в нагруженном генераторе существует второй магнитный поток, называемый потоком якоря (рис. 137, б). Магнитный поток якоря направлен перпендикулярно потоку главных полюсов. Оба магнитных потока накладываются друг на друга и образуют суммарное, или результирующее, поле, показанное на рис. 137, в. Направление магнитного поля генератора в результате действия поля якоря смещается в сторону вращения якоря. В ту же сторону смещается и физическая нейтраль, которая занимает в этом случае положение n1 — n2

Влияние магнитного поля якоря на поле полюсов называется реакцией якоря. Реакция якоря отрицательно сказывается на работе генератора. Щетки М—М электрической машины должны быть всегда установлены по направлению физической нейтрали. Поэтому приходится смещать щетки генератора по отношению к геометрической нейтрали на некоторый угол (3 (рис. 137, в), так как в противном случае между щетками и коллектором возникает сильное искрение. Искрение вызывает подгар поверхности коллектора и щеток и выводит их из строя. Чем больше ток якоря, тем сильнее проявляется реакция якоря, тем на больший угол необходимо сдвигать щетки. При частых изменениях нагрузки тепловозного генератора пришлось бы почти непрерывно менять положение его щеток.

Рис. 137, Реакция якоря:
а — магнитный поток главных полюсов; б — магнитный поток, создаваемый обмоткой якоря; в — суммарный магнитный поток нагруженного генератора

Рис. 138. Схема генератора с добавочными полюсами:
—направление магнитного потока якоря;
— >> направление нейтрализующего магнитного потока добавочных полюсов

Реакция якоря не только смещает магнитное поле главных полюсов, но и частично ослабляет его, что приводит к уменьшению индуктируемой генератором э. д. с.

Для ослабления реакции якоря в генераторах между основными полюсами устанавливаются добавочные полюсы, а иногда с этой же целью в полюсные наконечники главных полюсов закладывают компенсационную обмотку. Добавочные полюсы создают дополнительное магнитное поле, которое в зонах установки щеток направлено навстречу полю якоря, вследствие чего действие его нейтрализуется (рис. 138). Однако этим не ограничивается положительное влияние добавочных полюсов на работу генератора. После прохода через нейтраль генератора направление тока в каждом витке обмотки (см. рис. 137) очень быстро изменяется на противоположное. На нейтрали виток оказывается замкнутым накоротко щетками. Такой виток называют коммутирующим В коммутирующих витках (секциях) обмотки якоря вследствие очень быстрого изменения направления тока возникает довольно большая э.д.с. самоиндукции и взаимоиндукции, которую называют реактивной э.д.с. Эта э.д.с. в коммутирующих секциях усиливается действием магнитного потока якоря, который они пересекают. Действие реактивной э.д.с. приводит к сильному искрению щеток. Добавочные полюсы рассчитывают так, чтобы их магнитный поток был несколько больше магнитного потока якоря. Благодаря этому в коммутирующих секциях индуктируется дополнительная э.д.с. Новая э.д.с. имеет направление, противоположное реактивной э.д.с., и гасит ее, предотвращая интенсивное искрение.

Магнитное поле якоря изменяется с изменением нагрузки (тока) генератора, поэтому для его нейтрализации необходимо изменять и поле компенсационных устройств. Обмотку добавочных полюсов включают последовательно с
обмоткой якоря, и по ней проходит весь ток якоря. С увеличением тока генератора возрастает магнитный поток якоря, но вместе с этим возрастает и компенсирующий его магнитный поток добавочных полюсов.

Компенсационная обмотка позволяет дополнительно улучшить распределение магнитного потока в электрической машине. Так, из рис. 137 легко видеть, что в результате действия реакции якоря магнитный поток главных полюсов становится неравномерным — с одной стороны полюса он усиливается, а с другой — ослабляется. Это приводит к неравномерной нагрузке якорной обмотки, часть витков окажется перегруженной, ухудшаются условия работы щеток.

С помощью компенсационной обмотки, расположенной на главных полюсах, устраняется искажение магнитного потока непосредственно под главными полюсами. Однако одновременное применение добавочных полюсов и компенсационной обмотки значительно усложняет конструкцию электрических машин. Если удается осуществить удовлетворительную работу электрической машины посредством применения добавочных полюсов, то компенсационную обмотку стараются не применять. Компенсационные обмотки нашли практическое применение лишь в мощных электрических машинах. Первоначально тяговый генератор тепловоза ТЭЗ имел как добавочные полюсы, так и компенсационную обмотку. Впоследствии магнитная система тягового генератора была изменена и на тепловозах ТЭЗ отказались от компенсационной обмотки.